ФГБОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет» Холодильная техника и технология
Температура – мера внутренней энергии тела Температура характеризует тепловую энергию, принадлежащую объекту, которая является кинетической энергией хаотического движения частиц. Чем меньше у объекта тепловой энергии, тем он холоднее и чем больше - тем выше его температура. Если бы было возможно охладить систему до абсолютного нуля, все движения частиц в образце вещества прекратилось бы.
История развития холодильной техники ! Использование холода – лучший способ консервирования скоропортящихся товаров. В древние времена использовали лед и снег, а затем смеси льда с солью, что позволило получить температуры ниже 0° С. В XIX веке появились промышленные холодильные машины. Первая холодильная машина была изобретена в 1834 г. англичанином Перкинсоном. В качестве холодильного агента был применен этиленовый эфир. В России стране холодильные машины в промышленном масштабе впервые были применены в 1888 г. на рыбных промыслах в Астрахани.
Применение холода Холодильное оборудование применяют во многих отраслях народного хозяйства для получения температур ниже температуры окружающей среды: - в химической промышленности: производство аммиака, удобрений и ряда синтетических материалов; - в машиностроении — для низкотемпературной закалки металлов; - в строительстве — для замораживания грунта и охлаждения бетона; - создание искусственного климата в закрытых помещениях (кондиционирование воздуха) и искусственные ледяные катки. - фармакология и медицина: анестезия, хранение тканей и органов
Применение холода дает возможность: – продлить сроки хранения скоропортящихся продуктов; (при низких температурах развитие микроорганизмов в продуктах замедляется или прекращается, сохраняются первоначальные свойства и качества продуктов – их внешний вид, вкус, цвет, запах, питательность, не разрушаются витамины). – устранить сезонность в продаже некоторых видов товаров; – снизить потери, – перевозить продукты на дальние расстояния, – создать непрерывную холодильную цепь от производства до потребителя.
Охлаждение — это процесс создания холода или понижение температуры. Может быть достигнуто путем отвода тепла от системы, или помещением системы в среду с более низкой температурой. Нижняя граница — абсолютный ноль, определяется как 0 °K по шкале Кельвина (по абсолютной термодинамической температурной шкале). Это соответствует -273, 15 °С на шкале Цельсия, -459, 67 °F на шкале Фаренгейта.
Способы охлаждения Естественное – температура продуктов понижается до температуры воздуха или воды естественным путем. Искусственное – применяется для получения более низких температур. Для этого используются физические процессы изменения агрегатного состояния тела, связанные с отнятием тепла – плавление, сублимация, кипение.
Способы охлаждения Ледяной – основан на свойстве водного льда, при таянии поглощать теплоту из окружающей среды. Используют: – естественный лед (получают при низких температурах окружающего воздуха, заготавливают из водоемов, где он намерзает в зимний период и путем намораживания его на горизонтальных площадках во время морозов); – искусственный водный лед (получают с помощью холодильных машин – льдогенераторов).
Способы охлаждения Достоинства охлаждения с помощью льда: – простота, – низкая стоимость, – отсутствие затрат на электроэнергию. Недостатки: – повышенная влажность, – трудность поддержания определенной температуры внутри охлаждаемого объема. – высокая температура в охлаждаемых объемах (выше 0 С обычно + 6 С) Эта температура достаточна для охлаждения и кратковременного хранения напитков, соков, пива, хранения зелени и некоторых овощей. Наиболее простым и распространенным устройством для охлаждения льдом – являются ледники.
Способы охлаждения Льдосоляной – к водному льду добавляется соль, вследствие чего температура его таяния понижается. Чем больше соли, тем ниже температура смеси (но до определенного предела). Наиболее низкая температура (минус 21, 2 С) при концентрации соли (по массе) 23, 1%. Обычно в оборудовании лед и соль загружаются слоями. Недостаток: высокая степень коррозии емкостей и оборудования
Способы охлаждения Эвтектическим льдом – в охлаждаемый объем устанавливается герметичный сосуд, в котором находится эвтектический лед. Эвтектический лед – водный раствор некоторых солей с концентрацией, соответствующей минимальной температуре замерзания раствора. Температура и теплота плавления определяются видом эвтектического льда. После оттаивания льда эти сосуды отправляют на повторную зарядку. Температура при таком охлаждении может поддерживаться до минус 6 С.
Способы охлаждения Сухим льдом – основан на свойстве твердой углекислоты сублимировать, т. е. при поглощении тепла переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. Этот процесс при атмосферном давлении происходит при температуре минус 79, 9 С. Преимущества: - охлаждающее действие в 3… 4 раза быстрее; - отсутствует влага. ! При пользовании сухим льдом следует соблюдать осторожность во избежание обмораживания.
Способы охлаждения Термоэлектрическое охлаждение – основано на свойстве полупроводников нагреваться и охлаждаться при прохождении через них электрического тока
Способы охлаждения Машинный способ охлаждения – основан на свойстве некоторых веществ кипеть при низких температурах и поглощать при этом тепло из окружающей среды. Эти вещества называют холодильными агентами. Машинное охлаждение имеет ряд преимуществ: - автоматическое поддержание постоянной температуры хранения, в зависимости от вида продуктов; - высокий удельный вес использования полезной емкости для охлаждения; обслуживание и ремонт; - удобство пользования и создание необходимых санитарно-гигиенических условий хранения продуктов. .
Физические основы получения холода Охлаждение нагретого тела до температуры окружающей среды происходит естественным путем. Задача холодильной техники: обеспечить охлаждение тела до температуры, ниже, чем температура окружающей среды. Для измерения количества холода установлена спец. единица: большая калория (килограмм-калория/килокалория). -количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1 °С (при нормальном атмосферном давлении). В Международной системе (СИ) – единая мера энергии джоуль. 1 ккал = 4186, 8 Дж (4, 1868 к. Дж) 15
Физические основы получения холода К основным физическим процессам, при котором происходит фазовый переход вещества, относят: плавление, конденсация, испарение, сублимация, кипение. Именно эти процессы лежат в основе получения низких температур. 16
Физические основы получения холода Удельная теплоемкость – количество теплоты, которую необходимо затратить для нагревания/охлаждения 1 кг вещества на 1°С. Удельная теплоёмкость воды с = 4, 2 к. Дж/кг∙°С; Удельная теплоемкость пищевых продуктов: с = 2, 5 - 3, 8 к. Дж/кг∙°С Свойства льда: - температура плавления при атмосферном давлении 0°С; - r = теплота плавления 335 к. Дж/кг (80 ккал/кг); - c удельная теплоемкость 2, 1 к. Дж/кг∙°С 17
Физические основы получения холода Плавление При переходе из твердого состояния в жидкое лёд плавится и отнимает от окружающей среды тепло, равное теплоте плавления (r = теплота плавления 1 кг льда 335 к. Дж/кг или 80 ккал/кг); Отводимая (поглощаемая) теплота Q, к. Дж: Q = M ∙r, где М – масса вещества, кг, r – скрытая (удельная) теплота плавления, к. Дж/кг. 18
Физические основы получения холода Кипение – процесс интенсивного парообразования на поверхности нагрева при подводе теплоты. При 100 °С и Р = 1 атм вода кипит и поглощает 2257 к. Дж/кг. r = 2257 к. Дж/кг является скрытой теплотой парообразования. Кипение однородного вещества происходит при постоянной температуре, зависящей от давления. Например, при атмосферном давлении Р = 0, 1 МПа температура кипения фреона R 22 равна t = – 40, 5 °С, а при Р = 1, 2 МПа температура кипения составляет t ≈ 24 °С. Кипящую жидкость в холодильной технике называют холодильным агентом 19
Физические основы получения холода Кипение: с уменьшением ↓ давления, температура кипения холодильного агента уменьшается ↓, с увеличением ↑ - растет ↑. 20
Схема компрессионной холодильной машины 3 1– терморегулирующий вентиль; 2 – конденсатор; 3 – компрессор; 4 – испаритель; 4 5 – охлаждаемый объём 2 1 жидкий холодильный агент охлажденные пары холодильного агента горячие пары холодильного агента 5
Испаритель – это теплообменный аппарат, который служит для охлаждения среды в камере. В испарителе холодильный агент кипит и превращается в пар, отбирая теплоту r от охлаждаемого объема (воздуха или жидкости). 22
Плиты-испарители
Конденсатор – это теплообменный аппарат, в котором горячие пары холодильного агента отдают свою теплоту воздуху помещения. В результате, температура паров понижается до температуры конденсации, которая обычно на 8 -12 выше температуры воздуха помещения. При дальнейшем охлаждении пары хладона отдают скрытую теплоту парообразования r при постоянной температуре и превращаются в жидкость. Затем жидкий холодильный агент через терморегулирующий вентиль (ТРВ) поступает в испаритель. 24
Устройство ТРВ Терморегулирующий вентиль (ТРВ) – это автоматический прибор, который регулирует заполнение испарителя жидким холодильным агентом. Основными его частями являются игольчатый клапан, закрывающий доступ жидкого хладона из ресивера в испаритель, и датчик, следящий за температурой паров хладона на выходе из испарителя. При повышении температуры на выходе испарителя клапан вентиля автоматически открывается, увеличивая подачу жидкого хладона в испаритель. 25
Элементы компрессионной холодильной машины Компрессор служит для непрерывного отсасывания холодных паров хладона из испарителя, сжатия их и нагнетания в конденсатор. (существуют герметичные и полугерметичные) Поршневые компрессоры - работа совершается за счет сжатия холодильного агента поршнем в цилиндре 27
Ротационные компрессоры
Ротационные компрессоры
Спиральные компрессоры
Вспомогательные аппараты холодильных машин Предназначены для: РЕСИВЕРЫ - приема и хранения жидкого хладоагента из конденсаторов; - равномерной раздачи его по испарительным системам. РЕСИВЕРЫ - это герметичные стальные вертикальные или горизонтальные цилиндрические сосуды В ресивере хранится запас холодильного агента, обеспечивающий длительную работу холодильной машины при незначительных утечках. При транспортировании или ремонте холодильной машины весь запас холодильного агента можно хранить в ресивере.
Вспомогательные аппараты холодильных машин Предназначены для: МЕХАНИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ улавливания загрязнений, остающихся в системе холодильной машины или появляющихся в процессе эксплуатации Фильтры бывают жидкостными и паровыми Жидкостные фильтры устанавливают на линии жидкого хладоагента. Обязательно устанавливают такие фильтры перед дросселирующими устройствами: ТРВ, капиллярные трубки. Паровые фильтры устанавливают перед компрессором на стороне всасывания. Фильтры изготовляют в виде отдельных устройств или совмещают с другими элементами холодильных машин (ресиверами, компрессорами, ТРВ, осушителями).
Вспомогательные аппараты холодильных машин ОСУШИТЕЛИ (ФИЛЬТРЫ-ОСУШИТЕЛИ) Предназначены для: для удаления влаги, попадающей в холодильную систему Осушитель представляет собой герметичный корпус, заполненный веществом поглощающим воду (силикагелем или цеолитом). Устанавливают осушители до регулирующего вентиля на линии жидкого хладоагента. Фильтры и фильтры-осушители поддерживают чистоту холодильного контура и поглощают воду, кислоту и твердые примеси, т. к. последствиями загрязнения являются коррозия и замерзание воды, а также повышенный износ или поломка компрессора и других компонентов холодильной системы.
Вспомогательные аппараты холодильных машин ОТДЕЛИТЕЛИ ЖИДКОСТИ Предназначены для: - защиты компрессора от гидравлического удара Представляют собой вертикальные цилиндрические емкости стальные Используются в качестве резервуара для временного задержания избытка смеси масла и хладагента , выходящей из испарителя , и возврата ее на уровне , безопасном для компрессора Отделители жидкости используют в машинах, имеющих схему оттаивания снеговой шубы горячими парами холодильного агента
Вспомогательные аппараты холодильных машин Предназначены для: ТЕПЛООБМЕННИКИ переохлаждения жидкого хладоагента перед ТРВ парообразным холодильным агентом, поступающим из испарителя в компрессор Конструктивно теплообменник может быть оформлен в виде двух труб, имеющих хороший тепловой контакт друг с другом Для более крупных холодильных машин применяют кожухозмеевиковые, пластинчатые и другие конструктивные разновидности теплообменников
Вспомогательные аппараты холодильных машин Обеспечивают - ПРИБОРЫ АВТОМАТИКИ пуск и остановку холодильной машины; защиту ее от перегрузок; поддержание заданного температурного режима в охлаждаемой среде; оптимальное заполнение испарителя холодильным агентом; своевременное оттаивание снеговой шубы с испарителей. Реле давления используются как для регулирования давления, так и для защиты от низкого или высокого давления. Для защиты компрессора реле обеспечивают аварийное отключение компрессора по низкому или высокому давлению. Реле низкого и высокого давления
Вспомогательные аппараты холодильных машин ПРИБОРЫ АВТОМАТИКИ Электронный регулятор уровня масла обеспечивает автоматическое регулирование уровня масла в компрессоре, а также аварийную сигнализацию низкого уровня масла и аварийное отключение компрессора. Соленоидные вентили (электромагнитные клапаны) используются для перекрытия потока на жидкостной, всасывающей или нагнетательной магистралях. Электромагнитные клапаны
ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ Рабочие вещества холодильных машин по международному стандарту ISO № 817 -74 обозначаются буквой R с добавлением индивидуального для каждого вещества цифрового обозначения. Холодильные агенты должны иметь: - высокую теплоту парообразования, - малый удельный объем паров, образующихся при кипении, - низкую температуру кипения, - высокую теплопроводность, - малую вязкость и пр. Холодильные агенты не должны быть: - взрывоопасными, - легко воспламеняемыми, - ядовитыми.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ В холодильном оборудовании общественного питания и торговли наиболее широко применяются хладоны (в промышленности получают путем замещения в молекуле углеводородов (метан СН 4 , этан С 2 Н 6 и др. ) атомов водорода атомами фтора, хлора. В результате этого получаются низкокипящие соединения с новыми свойствами). где Для обозначения хладонов принята общая формула: R mnl, m – количество атомов углерода минус 1 (0 не пишется); n – количество атомов водорода плюс 1; l – количество атомов фтора. Важную роль играет стоимость хладонов. Наиболее отвечающими этим требованиям являются: хладон-12 (R-12) - заменяется гидрофторуглеродным соединением R 134 а, хладон-22 (R-22) - заменяется гидрофторуглеродным соединением R 407 С / R 290, хладон-502 (R-502) – заменяется R 404 A, аммиак (R-717).
ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ Хладон-12 (дифтордихлорметан CF 2 CL 2): - тяжелый, бесцветный газ с очень слабым специфическим запахом, - не влияет на вкус и запах пищевых продуктов, - в газообразном состоянии в 4, 2 раза тяжелее воздуха, в жидком состоянии при атмосферном давлении кипит при температуре минус 29, 8 С, замерзает при температуре минус 155 С. Хладон-12 в смеси с воздухом: невзрывоопасен, относительно безвреден для человека.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ При содержании хладона-12 в помещении около 30% по объему ощущается головная боль, слабость из-за недостатка кислорода. Кроме того при нагревании хладона-12 свыше 400 С выделяются ядовитые вещества (фосген и др. ). Вода в хладоне-12 не растворяется, но самое незначительное содержание воды вызывает коррозию и, замерзая, приводит к образованию ледяных пробок. Хладон-12 применяют в среднетемпературных холодильных машинах для создания температуры в пределах от минус 5 С до плюс 8 С. В помещениях, где находятся хладоновые машины не разрешается курение и использование открытого пламени.
Кроме чистых хладонов широко применяются смеси: - азеотропные (состоящие из двух и более холодильных агентов), которые кипят и конденсируются при постоянной температуре, как однородные вещества; - неазеотропные (характеризуются разделением равновесных концентраций компонентов в жидкой и газовой фазах, кипение и конденсация этих смесей происходит при переменных температурах) - Углеводородные соединения (такие, как пропан, изобутан и т. д. крайне пожароопасные); - Аммиак R 717; - Воздух R 729; - Вода R 718 и др.
Скачать презентацию ФГБОУ ВПО Уральский государственный экономический университет Холодильная техника
Холодильная техника.pptx